149460. lajstromszámú szabadalom • Eljárás deutérium dúsítására, ill. nehézvíz előállítására
c Megjelent: 1962. július 31. MAGYAR NÉPKÖZTÁRSASÁG SZABADALMI LEÍRÁS ORSZÁGOS TALÁLMÁNYI HIVATAL 149.460 SZÁM 12. i.,1. OSZTÁLY — VA—930. ALAPSZÁM Eljárás deutérium dúsítására, ill. nehézvíz előállítására VEB Vakutronik Dresden cég, Dresden, NDK Feltaláló: dr. Wetzel Klaus oki. vegyész, Zwenkau bei Leipzig, NDK A bejelentés napja: 1961. január 12. Német Demokratikus Köztársaság-beli elsőbbsége: 1960. április 20. A találmány eljárás deutérium feldúsítására, ill. nehézvíz előállítására. A deutérium feldúsítására való ismert desztillációs eljárások, így hidrogén alacsony hőmérsékletű desztillációja, ammonia desztillációja nyomás alatt, víz desztillációja csökkentett nyomáson, mellett egyes kémiai kicserélési eljárások, mint pl. hidrogén/víz-csere, kénhidrogén/víz-csere, ammoniák/hidrogén-csere rendelkeznek ipari jelentőséggel. Az ammonia ill. víz desztillációja az egytől alig eltérő elemi elkülönítő tényező miatt csak nagy'energia- és berendezési költségekkel hajtható végre. A hidrogén mélyhőmérsékleten történő desztillációjánál egy további nehézség a nagyon tiszta hidrogén előállítása. Az ammónia/hidrogén-cserén alapuló deutérium feldúsítási eljárás sem. előnyös, már a még katalizátorok jelenlétében is csekély izotópkicserélési sebesség miatt sem. A kénhidrogén/vízcsere alkalmazásának jelentős korróziós nehézségek állnak útjában. A hidrogén/vrz-ctsere útján történő nehézvíz előállítási eljárásnak nagyszámú megvalósítási lehetősége ismert. A víznek a fázisátalakítás céljából kémiai vagy elektrolitikus úton hidrogénné való átalakítása szükségessége kikerülhető az ismert meleg-hideg eljárás alkalmazásával. A kémiai fázisátalakítás nem gazdaságos és ezenfelül korlátozza a berendezés termelését az ipar hidrogénfelhasználása által megszabott értékre. Az említett meleg-hideg eljárás pl. kivitelezhető egyenáramú eljárásként vízgőzzel és hidrogénnel két csoport különböző hőmérsékleten dolgozó katalizátor kamrában, kaszkád kapcsolásban. Mindenesetre ilyenkor magában a hideg kamrában is olyan magas a hőmérséklet, hogy a hidrogén/ víz csere egyensúlyának kedvezőtlen (helyzete miatt a hidrogénben levő deutériumnak csupán csekély töredéke nyerhető ki. Szuszpendált katalizátorok esetén a deutériumkicserélődés hidrogén és folyékony víz között is némileg gyorsan játszódik le. Éppen ezért javasolták már a katalizátorszuszpenziót körforgásban egy hideg pl. 30 C°-os és ehhez csatlakoztatva egy meleg, pl. 200 C°-os kolonnán szivattyúzni keresztül. A deutériumra kinyerendő hidrogéntartalmú gáz a forró kolonna alsó végén lép be a berendezésbe és azt a hideg kolonna felső végén hagyja el. Nehogy vízgőznek a meleg kolonnából a hidegbe történő átvitelé zavarokat okozzon, nagyon magas nyomáson, pl. 100—200 att-n kell dolgozni. A meleg kolonna hőmérséklete ezenkívül nem emelhető lényegesen 200 C° fölé. A nagy nyomás szükségszerűen nagy berendezési költségekkel jár. 200 C°-nál továbbá a hőmérsékletfüggő egyenúlvi állandó _ (HDO) ( H 2 ) K~"(H 2 0)(HD) még annyira eltérő értékű 1-től, hogy a deutériumkitermelés a 30—35%-ot nem haladja meg. Ezenkívül ennél a módszernél az a veszély is fennáll, hogy a katalizátor a körforgásban tartott vízáramban leülepszik és ezáltal nagymértékben hatástalanná válik. Az ismert eljárás ezen hátrányait azáltal küszöböljük ki, hogy a találmány értelmében az izotópcsere hidrogén és folyékony víz között egyik kolonnában ellenáramban játszódik le, míg egy azután kötött kolonnában a hidrogén és vízgőz közötti deutériumcsere egyenáramban történik. Eközben az 1 hideg kolonna alsó végén kilépő vizet a 2 elgőzölögtetőben elgőzölögtetjük és az 1
